不同颜色立方氮化硼的合成及耐热性的研究

 本文分别以金属镁粉、氮化镁以及镁粉与氮化镁粉的混合物为触媒，以六角氮化硼粉（96%~98%含量）为原料，在高温高压下合成了颜色较纯正的黑色、橘黄色及白色立方氮化硼晶体。对上述三种不同颜色的立方氮化硼晶体进行了TG-DTA分析及高温氧化实验，并讨论了立方氮化硼晶体的耐热机制。     

高温高压合成立方氮化硼的热力学分析

 从热力学角度计算出了以六角氮化硼为原料、用高压触媒法合成立方氮化硼时所形成稳定的临界晶粒半径r_k的大小,当p=6.0 GPa、T=1 600 ℃时,r_k≈15 nm。分析了r_k的大小与合成温度、压力的关系,以及在给定压力下立方氮化硼晶粒转化率与温度的关系。结果表明：在立方氮化硼稳定区,在相同压力下,r_k随温度的升高而增大;在相同温度下,r_k随压力的升高而减小,r_k越小立方氮化硼晶粒的转化率越高。计算结果与实际合成实验所得结果完全一致。     

高压合成立方氮化硼用的新触媒材料的研究

 本文研究了合成立方氮化硼用新触媒材料Mg₃B₂N₄及Ca₃B₂N₄的制备方法，并对它们的稳定性及其催化作用进行了讨论。氮化硼原料的结晶状态及合成温度、合成时间、气流量等对新触媒的合成有着重要的影响。本文还在高温高压下利用新触媒进行了立方氮化硼的合成实验，结果表明，与碱土金属触媒相比新触媒具有合成压力低、转化率高、合成温度和压力范围宽、产物杂志含量低、破碎强度高等优点，是一种应用前景很大的触媒材料。     

石墨-六角氮化硼微晶混合物与水高压反应产物分析

 利用球磨法制备石墨-六角氮化硼微晶混合物，并在6.1 GPa、800~1 500 ℃条件下与水进行高压反应，以便研究用水作触媒合成B-C-N三元化合物的可能性。通过对反应产物的XRD、XPS谱分析发现：高压下随着温度的升高，反应产物中出现再结晶石墨，其晶化程度逐渐提高；但没有出现再结晶六角氮化硼，也未出现立方氮化硼。在球磨不充分条件下，石墨-六角氮化硼混合物的XRD谱没有完全弥散，它们与水高压反应时，能观察到石墨与立方氮化硼分别结晶的现象，但都没有形成B-C-N晶化结构。     

六方氮化硼的振动光谱与立方氮化硼的合成

 以X射线衍射分析作参比，分析了高度三维有序到近乱层结构的9种六方氮化硼的红外和拉曼光谱，并进行了立方氮化硼的高温高压合成。光谱分析表明，随着晶性的降低，六方氮化硼的低频红外吸收峰的位置及拉曼谱线等基本振动光谱发生明显的特征性的变化，并伴随出现各自不同的次级光谱结构。合成结果表明，在触媒作用下，立方氮化硼的形成需要六方氮化硼原料有一定的结晶度，但立方氮化硼合成效果与六方氮化硼结晶度并非是简单的单调关系。对振动光谱和合成试验的结果进行了讨论。     

高温高压下立方氮化硼的合成

用Mg和Mg₃N₂作触媒,以LiH作添加剂,在55—64千巴及1700—2100℃的高温高压下,进行了由六方氮化硼到立方氮化硼的合成。对合成晶体作了结构与有关性能的鉴定和测试。晶体表面上杂质、缺陷、生长中心和台阶结构的显微观察表明,高温高压下合成的立方氮化硼晶体具有通常条件下晶体生长的一般特征。对密切依赖于温度、压力状况及触媒组装的合成结果进行了分析和讨论。文中特别报道了触媒中少量LiH的加入对提高晶体粒度和质量的显著效果,其中获得了1毫米以上的大颗粒立方氮化硼晶体。     

炸药爆炸冲击波合成纤锌矿型氮化硼

 本文报道了用国产石墨型氮化硼（gBN）为原料在炸药爆炸产生的冲击波作用下合成纤锌矿型氮化硼（wBN）的技术。对冲击波作用后的回收产物进行化学分离，得到杂质含量低于0.5%的wBN产品；回收产物的wBN的转化率高于50%；单发试验产量达11~12 g。目前已利用这一技术生产出少量wBN产品。在相同的冲击波条件下，对四种不同来源的gBN进行了合成试验。发现wBN的转化率强烈地依赖于原始gBN的结晶特性。比表面积测量及X射线衍射观察表明，冲击波合成的wBN是一种多晶微粉，平均颗粒度约0.1 μm，平均晶粒度约17.5 nm。差热分析显示放热反应起始温度为1 055 K，峰顶温度1 238 K。     

脉冲直流偏压增强的高质量立方氮化硼薄膜的合成

采用磁增强活性反应离子镀系统成功地合成了立方氮化硼薄膜.通过给基片施加脉冲直流偏压以代替传统的射频偏压,增强了立方氮化硼的成膜稳定性,研究了基片的直流脉冲偏压、等离子体放电电流、通入气体流量比(Ar/N₂)和基片温度沉积参数对立方氮化硼薄膜形成的影响规律.结果表明:随着基片负偏压和放电电流的增大,薄膜中立方氮化硼的纯度提高,当基片负偏压为155V,放电电流为15A时,可获得几乎单相的立方氮化硼薄膜.基片温度为500℃和Ar/N₂流量比为10时,最有利于立方氮化硼 关键词： 立方氮化硼 活性反应离子镀 脉冲偏压     

纤锌矿型氮化硼及其应用的研究（Ⅰ）——纤锌矿氮化硼的冲击波合成

 用hBN（Ⅰ、Ⅱ型层状结构的六角氮化硼）作原料，在斜冲击波的高温高压作用下，实现了hBN向wBN（纤锌矿型氮化硼）的转变。X光结构分析表明，生成的超硬氮化硼全部为wBN，没有发现zBN（闪锌矿型氮化硼）生成的任何证据。X光荧光光谱分析结果，得到的wBN的纯度接近99%。差热分析显示，在空气中温度为1 127 K时，开始吸热反应，吸热峰位于1 260 K。这表明wBN的热稳定性介于zBN和金刚石之间。     

用不同合成体系制备黑色立方氮化硼的研究

 立方氮化硼（cBN）晶体随颜色的加深,晶体的晶形越完整,晶体尺寸也越大。采用Mg+hBN、LiH+hBN、Li₃N+hBN+B和B+Li₃N 4种体系分别合成出了黑色的立方氮化硼晶体。通过光学显微镜、X射线衍射、拉曼光谱等测试分析手段,从合成条件、晶体形貌、颗粒度及残余应力等方面对不同体系合成出的黑色cBN晶体作了比较。结果表明,不同体系的合成效果有很大差别。在实际应用中应该根据需要采用不同的体系,以达到最优化合成目的。     

添加剂Li8SiN4对cBN晶体形貌的影响

 在4.5~5.0 GPa，1 500~1 800 ℃范围内，在Li基复合氮硼化物的催化体系中添加Li₈SiN₄后，得到了具有光泽的棕色透明的cBN单晶。研究了cBN晶体的形貌，结果表明，添加Li₈SiN₄后得到的等积形cBN晶体的百分比明显增多，除部分截角四面体外，多为截角八面体晶体，且棱角尖锐，晶面致密光滑。     

hBN-LiH/hBN-Li_3N-B体系合成cBN的赋色过程研究

在高温高压条件下,用hBN-LiH和hBN-Li3N-B为初始材料均可以合成出黑色cBN晶体。拉曼光谱测试结果表明,cBN晶体颜色变黑的原因是晶体中多余B原子的存在造成的。在hBN-Li3N-B体系中,晶体内部有明显的三角形阴影形成,表明从晶体表面的中心到顶角间B原子的含量较多,从表面中心到棱边B原子的含量逐渐减少。而在hBN-LiH体系中所得到的晶体颜色从黑色透明直接变成黑色不透明状态,晶体内部没有出现三角形阴影,表明晶体中作为杂质的B原子分布比较均匀。此两种情况说明,B作为杂质原子进入cBN晶体中可以有两种分布情况,一是居中对称分布,二是均匀分布,从晶体的生长环境和自身的排杂能力方面分析了晶体为什么会出现上述现象。     

立方氮化硼晶体的杂质及颜色

 讨论了人工合成立方氮化硼晶体中的杂质与晶体颜色之间的关系，提出了cBN的赋色原因和机制。     

Ca3B2N4-hBN系中立方氮化硼的膜生长机制

 以Ca₃B₂N₄为触媒,在高温高压下对六角氮化硼进行处理,在六角氮化硼与触媒的交界处得到了被金属膜包覆的立方氮化硼晶体。这表明六角氮化硼到立方氮化硼的转变与人造金刚石的膜生长机制类似：立方氮化硼晶体在触媒与六角氮化硼接触处择优成核,在生长着的立方氮化硼与六角氮化硼之间存在着金属薄膜,该膜对立方氮化硼“基元”有输运作用。随着该金属膜向六角氮化硼区的推进,在其后留下生长的立方氮化硼晶体。     

Measurement of the linear electro-optic tensor of cubic boron nitride single crystals

The transverse electro-optic(EO)modulation system is built based on cubic boron nitride(cBN)single crystals unintentionally doped and synthesized at a high pressure and high temperature.The photoelectric output of the system includes two parts that can be measured respectively and the value of elements in the linear EO tensor of the cBN crystal can be obtained.This method does not need to measure the absolute light intensity.All of the surfaces of the tiny cBN crystals whose hardness is next to the hardest diamonds are{111}planes.The rectangular parallelepiped cBN samples are obtained by cleaving along{110}planes and subsequently grinding and polishing{112}planes of the tiny octahedral cBN flakes.Three identical non-zero elements of the EO tensor of the cBN crystal are measured via two sample configurations,and the measured results are very close,about 3.68 and 3.95 pm/V,respectively,which are larger than the linear EO coefficients of the general III-V compounds.     

高温高压下氮化硼的结晶化及立方氮化硼的合成

 研究了非晶BN、二维有序BN和低有序度六方BN（G.I＝6.1）在高温高压下的结晶行为及不同有序度的BN对立方BN合成的影响。研究结果表明，低有序度BN向高有序度六方相转化，但不同有序度的BN原料向立方BN转化的行为不同。少量B掺杂下的立方氮化硼的合成实验发现B的掺入阻碍立方BN的生成。低有序度BN不易向立方BN的主要原因可以认为是它们存在较多的N空位，高温高压下随着BN的结晶化，B以杂质析出并阻碍了立方BN的合成。     

cBN晶体的Raman光谱测量

 用R1000激光共聚焦Raman光谱仪研究了高温高压合成棒中的立方氮化硼（cBN）晶体、原材料六方氮化硼（hBN）和催化剂。Raman光谱测量结果表明：伴随cBN晶体生长的散射峰,出现了两条全新的Raman散射峰（约1.088 cm^-1和约1.368 cm^-1）。该散射峰所对应的物质可能是在高温高压条件下hBN向cBN转变时生成的不完全产物——BN的一种新相。这一结果将有助于进一步讨论cBN的生长机理。     

片状立方氮化硼合成及其导电特性研究

 通过控制高压腔内的温度、压力梯度合成了粒径300～500 μm的片状立方氮化硼（cBN）单晶体。通过在原料中掺杂及对合成晶体的真空高温扩散掺杂，获得了具有半导体导电性的立方氯化硼材料并测试了其V-A特性。     

THE INFLUENCE OF COMPRESSIVE STRESS ON THE FORMATION OF CUBIC BORON NITRIDE THIN FILM

The elastic strain energy and Gibbs free energy of cubic BN (cBN) thin film in biaxial stress field are calculated. The results show that the stress in cBN thin films has an impact on the formation of cubic phase. It is concluded that the high compressive stress in the cBN thin films is not the cause of cBN formation. This conclusion is different from that predicted by compressive stress model; however, it could well account for the experimental results. At a given substrate temperature, there is a compressive stress threshold, below which cBN phase is thermodynamically stable and above which hexagonal BN(hBN) phase is thermodynamically stable. At room temperature the compressive stress threshold is calculated to be 9.5 GPa.